KR20080054357A - 압출된 도펀트-베어링 재료들을 이용한 태양 전지 제조방법 - Google Patents

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데이비드 케이. 포크
에릭 제이. 쉬래더
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팔로 알토 리서치 센터 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 반도체 기판상에 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 제 1 도펀트 베어링 재료가 제 1 표면적상의 제 1 압출형 구조를 형성하도록 반도체 기판의 표면상에 제 1 도펀트 베어링 재료를 압출하는 단계로서, 상기 제 1 도펀트 베어링 재료는 제 1 도펀트 타입의 제 1 도펀트를 포함하는, 압출 단계; 및 상기 제 1 도펀트가 상기 반도체 기판으로 상기 제 1 표면적을 통해서 확산되어 반도체 기판의 제 1 도핑 영역을 형성하도록 반도체 기판을 가열하는 단계를 포함한다.
Figure P1020070127967
도펀트 베어링 재료, 압출, 확산, 반도체 기판, 압축

Description

압출된 도펀트-베어링 재료들을 이용한 태양 전지 제조 방법{SOLAR CELL FABRICATION USING EXTRUDED DOPANT-BEARING MATERIALS}
본 발명은 반도체 디바이스의 제조에 관한 것이며, 특히 반도체 디바이스의 반도체 기판내 도핑된 영역을 형성하는 압출 방법을 이용함으로써 실리콘 웨이퍼-기반 태양 전지, 전원 반도체 디바이스와 같은 대면적(large area) 반도체 디바이스들의 저 비용 제조에 관한 것이다.
태양 전지는 일반적으로 태양광으로부터 전기 에너지를 발전시킬 수 있는 대면적, 단일 층 p-n접합 다이오드를 포함한다. 이러한 태양 전지들은 일반적으로 하나 이상의 n-형 도핑 영역과 하나 이상의 p-형 도핑 영역을 포함하도록 도핑된 실리콘 웨이퍼를 사용하여 제조된다. 이러한 태양 전지들(또한 실리콘 웨이퍼-기반 태양 전지)은 상업용 태양 전지 생산에서 현재 사용되는 지배적인 기술이며, 본 발명의 주요 초점이다.
보통 IBC 전지(interdigitated back contact)로 언급되는, 바람직한 태양 전지 형태는 실리콘과 같은 반도체 웨이퍼와 p-형 및 n-형 도핑의 교번 라인들(서로 맞물린 스트라이프들(interdigitated stripes))로 구성된다. 이 전지 구조는 p 영 역과 n 영역으로의 모든 전기 접촉이 웨이퍼의 일 측으로 이뤄질 수 있는 장점을 갖는다. 웨이퍼들이 모듈 내로 함께 연결될 때, 배선은 일 측부로부터 모두 완료된다. 이 디바이스를 위한 디바이스 구조 및 조립 수단은 공동 소유이며 공동 출원 중이고, 발명의 명칭이 "비접촉 패터닝 및 다이렉트-라이트 금속화를 사용한 태양 전지 생산"인 미국 특허 출원 제 11/336,714호에 먼저 기술되어 있으며, 이는 본원에 참조로서 전체적으로 통합되어 있다.
IBC 전지에 교번적으로 도핑된 영역을 형성하기 위한 하나의 방법은 웨이퍼 상에 교번 도펀트 타입의 도펀트 베어링 페이스트를 배치하고, 이후 이 도펀트에서 구동되도록 적절한 온도 프로파일로 이 웨이퍼를 가열하는 것이다. 태양 전지 도핑과 도핑된 영역들을 패터닝하는 것은 일반적으로 값비싼 단계들로 수행되며, 이러한 단계들은 베리어 증착, 베리어 패터닝, 레이저 처리, 손상 제거, 및 가스상 확산로(gas phase furnace diffusion)의 사용을 포함할 수 있다. 또한, 스크린 프린팅 기술을 사용하여 소정의 서로 맞물린 도핑된 영역들을 생성할 수 있다. 그러나, 스크린 프린팅의 분명한 단점은, 2개의 도펀트 베어링 재료를 기입하기 위해 2개의 독립된 프린트 작업을 필요로 하고 그리고 2개의 프린트들이 매우 정교하게 등록될 필요가 있다는 점이다. 게다가, 스크린 프린팅은 웨이퍼와의 접촉을 요구하며, 이는 웨이퍼의 손상 위험(파손)을 증가시키고, 따라서 전체적인 제조 단가를 증가시킨다. 추가로, 제 1 스크린 인쇄층은 제 2 스크린 단계가 인가되기 전에 건조될 필요가 있다.
통상적으로 사용되는 하나의 태양 전지 구조는 이 디바이스의 p-형 측부로의 접촉을 형성하기 위해 일반적으로 알루미늄인 광역 금속 패드로서 전지 웨이퍼의 후면(back surface)을 이용한다. 금속 소성(firing) 단계 동안, 알루미늄은 p+ 도핑층을 형성하는 실리콘과 상호작용한다. 어떤 경우에, 또한 후면도 p+ 층을 생산 하기 위해 붕소(boron)로 도핑된다. 이 층의 역할은 백(back) 금속화의 광전류의 재결합을 감소시키는 소위 BSF(back surface field)를 생성하는 것이다. 보통 광역 금속층은 모두 콘택트 프린팅 방법들인 스크린 프린팅 또는 패드(pad) 프린팅 중 하나의 수단에 의해 인가되고, 따라서 웨이퍼 파손 위험을 증가시킨다. 필요한 것은, 콘택트 프린팅 방법과 관련된 문제점들을 피하는, 태양 전지 기판들 내의 도핑 영역을 생산하기 위한 저비용 방법과 시스템이다. 특히, 필요한 것은 IBC태양 전지의 생산에서 자체 등록된 p-형 및 n-형의 도핑 영역들의 생산을 위한 보다 간단하고 신뢰할 수 있는 방법이다.
본 발명은 도펀트 베어링 재료(도펀트 잉크)를 반도체 기판(예컨대, 모노크리스탈 실리콘 웨이퍼)의 하나 이상의 사전결정된 표면적 상에 압출하고, 이후 도펀트 잉크에 배치된 도펀트가 소정의 도핑 영역 또는 영역들을 형성하기 위해 기판내로 확산되도록 반도체 기판을 가열하는 단계를 포함하는, 대면적 반도체를 생산하기 위한 저비용 방법 및 시스템과 관한 것이다. 종래 스크린 프린팅 기술과의 비교에서, 기판 상에 도펀트 재료의 압출은 도핑 영역들의 피처 리솔류션(feature resolution)의 상위 제어(superior control)를 제공한다. 추가로, 도펀트 잉크를 기판상에 압출함으로써, 도펀트 잉크는 기판과의 접촉없이 소정의 기판 영역들 위로 신뢰가능하게 배치된다. 이에 의해서 종래 콘택트 프린팅 방법과 관련된 웨이퍼 파손 문제를 피할 수 있다. 상위 피처 리솔루션과 감소된 웨이퍼 파손을 제공함으로써, 본 발명은 종래 생산 방법과 비교할 때 대면적 반도체 디바이스의 생산 과 관련된 전체 제조비용을 감소시킨다.
본 발명의 실시예에 따라, 대면적 반도체 디바이스의 생산을 위한 시스템은 상술된 압출 방법을 사용하여 반도체 기판의 표면내에 소정의 도핑 영역을 형성하는 단계, 반도체 표면 위에 패시베이션(passivation)층을 형성하는 단계, 이 패시베이션층에 콘택트 개구들을 형성하기 위해 레이저 삭마(ablation) 또는 다른 비접촉 장치를 이용하는 단계, 및 이후 콘택트 개구들에 콘택트 구조체들을 증착하기 위해 그리고 패시베이션층 상에 금속 라인들을 형성하기 위해 다이렉트-라이트 금속화 장치를 이용하는 단계를 포함한다. 이러한 각각의 비접촉 처리 방법을 이용함으로써, 본 발명은 최소한의 웨이퍼 파손으로 태양 전지의 신뢰할 만한 생산을 촉진시킨다.
다른 실시예에서, 잔류 도펀트 잉크는 패시베이션층 형성전에 기판 표면으로부터 제거될 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, IBC-타입 태양 전지의 생산을 위한 시스템은 기판 표면에 자체 등록된 배열에서 2개의 상이한 도펀트 타입들(예를 들어, n-형 도펀트 잉크 및 p-형 도펀트 잉크)을 갖는 서로 맞물린 도펀트 잉크 구조체들을 동시에 압출할 수 있는 압출 헤드를 포함한다. 압출 헤드는 선택된 도펀트 잉크 소스로 입구 개구에서 각각 연통하며 기판 표면 위에 자체 등록된 배열에 배치된 각각의 출구 개구들을 갖는 다중 노즐(출구 채널)을 포함한다. 일 실시예에서, 모든 다른 노즐은 p-형 도펀트 잉크 소스와 연통하며, 나머지 노즐들은 n-형 도펀트 잉크 소스와 연통함으로써, 각각의 p-형 압출형 구조체는 2개의 n-형 압출형 구조체들 사 이에 배치된다. 상기 시스템은 압출 공정 동안, 압출 헤드에 대해 기판을 이동시키기 위한 x-y 테이블 또는 다른 기구를 포함한다. 이러한 압출 헤드를 이용함으로써, p-형 및 n-형 도펀트 잉크 구조체들은 동시에 자체-등록 방식으로 기판 표면 상에 배치되어, 제 1 스크린 인쇄 도펀트 잉크가 제 2 스크린 인쇄 잉크의 증착전에 건조시키기 위해 필요한 지연과 제 2 스크린 인쇄 작업을 정확하게 등록하기 위한 필요성을 피할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 압출 헤드는 마이크로-기계가공된 실리콘, 플라스틱 또는 다른 비-철 재료들의 다중 시트들을 라미네이팅(laminating)하여 조립된다. 도펀트 잉크을 유해한 불순물들의 도입 없이 분배하고, 전이 금속 불순물들이 특히 방치되는 것이 중요하다. 이러한 요구는 불필요한 철 금속-기반 유동성 시스템을 사용하게 한다. 마이크로 기계가공된 실리콘 웨이퍼들의 본딩(bonding)은 양호하게 이해되고 신뢰할만한 공정이다. 압출 헤드는 2개의 도펀트 잉크들이 노즐 어레이의 대향 측부로부터 공급되도록 형성될 수 있거나, 또는 압출 헤드가 도펀트 잉크들이 동일 측부에서 노즐 어레이로 공급되는 "사이드 슈터(side shooter)"장치를 사용하여 형성될 수 있다.
추가적인 대안 실시예에 따라, 제 3 잉크(예컨대, 상대적으로 경도핑(light doping) 또는 비도핑(non-doping))가 각각의 인접한 한 쌍의 중(heavy) 도펀트 잉크 구조체들이 가볍거나 또는 비도핑 잉크 구조체에 분리되도록 2개의 상대적으로 중 도펀트 잉크들로 함께 압출된다. 비도핑 잉크는 도펀트 잉크 구조체들 사이의 스페이서로서 및/또는 환경(ambient)으로부터 도핑되는 것을 방지하는 베리어로서 작용할 수 있다. 디바이스 성능 이유가 바람직한 대안 실시예에서, 중 도핑된 n-형 및 p-형 구조체들은 2개의 중 도핑 영역들 사이에 경 도핑 반도체 영역을 발생시키는, 경 도핑 잉크에 의해서 분리된다.
또 다른 실시예에 따라, 중 도핑 잉크의 좁은 라인들은 제 2 잉크(예를 들어, 비도핑)의 보다 넓은 라인들 사이에 매립된다(embedded). 좁은 라인들은 선택된 노즐 채널들이 연계된 출구 개구들에 인접하여 수렴하도록 압출 헤드를 형성함으로써 생성된다. 반대로, 비도핑 잉크를 위한 노즐 채널들은 헤드 출구에 도달하기 전에 분기되고, 이는 좁은 라인들을 추가로 압착하고 좁은 라인들이 넓은 비도핑 구조체들 사이에 배치된 연속 시트를 형성한다. 라인 폭의 전체 제어는 압출 헤드 설계의 기능이며 재료의 상대 유속이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 압출 헤드는 압출 헤드의 단부 패시트(facet) 앞에서 종료하는 수개의 분기 노즐 채널들을 공급하는 단일 플레넘(plenum)을 포함하여, 도펀트 또는 금속 페이스트의 균일 압출 시트를 생산하는 합류 섹션(flow merging section)을 생성한다. 이 압출 헤드는 백 금속화의 광전류의 재결합을 감소시키는 소위 BSF(back surface field)를 형성하기 위한 다른 비접촉 방법을 제공하여, 종래 스크린 인쇄 또는 패드 프린팅 방법과 관련된 웨이퍼 파손을 방지함으로써 제조 비용을 감소시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 하이브리드 도핑 방법은 고체 소스 도핑과 가스 상 도핑의 조합을 사용한다. 도펀트 잉크 구조체들은 상술된 방식으로 웨이퍼 상에 압출되나, 비도핑 구조체들은 또한 도펀트 잉크 구조체들의 각각의 측부 상에 형성되고, 갭들은 선택된 표면적이 압출된 구조체들 사이에 고의로 노출되도록 의도적으로 형성된다. 기판의 온도 풀림(anneal)은 가스 상의 도펀트를 포함하는 환경에서 이후에 수행된다. 도핑 환경과 함께 열 처리공정은 커버된 영역들에서의 고체 소스 도핑과 노출된 영역들에서의 환경 소스 도핑 결과를 가져온다.
다른 실시예에 따라, 압출된 도펀트 잉크 구조체들은 공동-압출 재료에 의해 캡핑된다(전체가 커버됨). 고체 소스 도핑이 갖는 공지된 문제점은, 도펀트들은 확산되는 반면에 소스로부터 그리고 웨이퍼의 다른 부분들 상에 확산되며, 웨이퍼의 둘레 부분에 원치않는 도핑 효과를 생성하는 것이다. 도펀트 잉크 구조체들을 캡핑함으로써, 도펀트 잉크가 웨이퍼의 다른 부분을 오염시키는 것을 방지한다. 캡핑 구조는 열 처리가 완료된 후에 선택적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 이러한 특징부 및 다른 특징부, 양상들 그리고 장점들은 하기의 상세한 설명, 첨부된 청구항들, 및 도면과 관해서 보다 양호하게 이해될 것이다.
본 발명은 종래 콘택트 프린팅 방법과 관련된 웨이퍼 파손 문제를 방지하며, 상위 피처 리솔루션과 감소된 웨이퍼 파손을 제공함으로써 대면적 반도체 디바이스의 생산과 관련된 전체 제조비용을 감소시킨다.
다음 설명은 당업자가 특정 응용예 및 이의 요건들의 문맥에 제공된 바와 같이 본 발명을 구현하고 이용하도록 제공된다. 본원에 사용된 바와 같은, "상", "상향", "하", "하향", "앞", "뒤"와 같은 방향성 용어들은 설명을 위하여 상대적인 위치들을 제공하고자 하는 것이고 절대적인 기준 프레임을 지정하고자 하는 것은 아니다. 게다가, 본원의 "일체로 연결된" 및 "일체로 성형된"이라는 문구는 단일 성형된 또는 가공된 구조의 2개의 부분들 간의 연결 관계를 설명하고 에를 들어 접착제, 패스너, 클립 또는 이동가능한 조인트에 의해 접합되는 2개의 분리 구조들을 나타내는 용어들 "연결된" 또는 "결합된"(수식어인 "일체로"와 관계없이)으로부터 구별된다. 바람직한 실시예에 대한 각종 변형예들은 당업자에게 명백하고, 본원에 규정된 일반적인 원리들은 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 도시되고 설명된 특정 실시예들에 제한되지 않지만 본원에 설명된 원리들 및 새로운 특징들과 일치하는 넓은 범위에 부합되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 반도체 기판(101) 상의 집적 회로(예를 들어, 태양 전지)를 제조하기 위한 웨이퍼 처리 장치(110)를 도시한 간단화된 사시도이다. 웨이퍼 처리 장치(100)는 일반적으로 제 1 시간 기간(T1) 동안 기판(101) 상에 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)를 형성하기 위한 압출 장치(110A), 및 도펀트가 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)로부터 기판(101)으로 확산되어 각각의 도핑 영역들(101-1 내지 101-4)을 형성하도록 제 2 시간 기간(T2) 동안 기판(101)을 가열하기 위한 열 처리(가열) 장치(140)를 포함한다. 기판(101)의 연속 처리가 후술된다.
압출 장치(110A)는 도펀트 잉크(dopant ink ; 112)를 포함하는 저장고(도펀트 잉크 소스)(111)에 동작가능하게 결합되는 압출 헤드(다이)(130)를 포함한다. 압출은 광범위한 다양한 응용예들에서 사용되지만, 대면적 반도체 디바이스들의 제 조 특히 반도체 기판에 도핑 영역들의 형성에 사용되는 것으로 간주되지 않는다. 압출은 전형적으로 상당히 길며, 좁은 고정된 단면 프로파일의 물체들을 생성하도록 사용되는 양호하게-확립된 제조 공정이다. 전통적인 압출 공정들과 유사하게, 도펀트 잉크(112)는 공지된 기술들을 이용하여(예를 들어, 적절한 펌프 또는 오거(auger)) 압출 헤드(130)에 형성된 출구 오리피스들(135-1 내지 135-4)을 통해서 밀어지며 및/또는 당겨진다. 비드들(112-1 내지 112-4)이 원하는 단면 형상을 갖도록, 출구 오리피스들(135-1 내지 135-4)은 선택된 형상(예를 들어, 직사각형)으로 형성된다. 적절한 메커니즘(도시되지 않음)은 압출 공정 동안 출구 오리피스들(135-1 내지 135-4)에 대해 기판(101)을 이동시키도록 사용됨으로써, 비드들(112-1 내지 112-4)을 각각의 표면적들(102-1 내지 102-4) 상에 배치하여 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)을 기판(101) 상에 형성한다. 일 실시예에서, 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)은 표면(102)의 개방 (커버되지 않은) 영역들에 의해 분리된다. 예를 들어, 압출형 구조들(120-1 및 120-2)은 개방 표면 영역(102-31)에 의해 분리된다.
일 실시예에 따르면, 도펀트 잉크(112)는 원하는 n-형 또는 p-형 도펀트가 분배되는 페이스트(paste)-형 매질 재료를 포함한다. 예를 들어, 적절한 압출가능한 인 도펀트 잉크는 인(phosphorous) 함유 치환 그룹들이 가변 길이들의 탄소 체인들을 갖는 화합물들에 존재하는 다양한 유기금속성 인 화합물들 중 하나 이상의 화합물을 포함한다. 이들 화합물들은 실온에서 액체가 되거나 또는 포뮬레이션(formulation)에 존재하는 다른 용매들에서 완전히 용해될 수 있어야 한다. 인 도펀트 잉크는 또한 인산의 희석 용액들을 포함한다. 게다가, 퍼지티브 유기 매질(fugitive organic vehicle)이 사용되는데, 이는 처리 동안 태워없어지거나 증발된다. 이들 매질들은 전형적으로, 2, 2, 4-트리메틸-1,3-펜타네디올 모노이소부티레이트(상표명 Texanol), 테르피네올, 부틸, 카르비톨과 당업계에 공지된 많은 다른 것들과 같은 높은 끓는점 용매들(b.p. 150-300℃)의 에틸 셀룰로우스의 용액들이다. 최종적으로, 인 도펀트 잉크는 수소화된 캐스터 오일과 같은 유동적 첨가제들 및 다양한 프탈레이트(phthalate)들(디메틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 등)과 같은 가소제들을 포함할 수 있다. 계면활성제들 및 습식제들이 또한 포함될 수 있다. 압출에 적합할 수 있는 페이스트 형태의 다른 도펀트 잉크들은 ["Paste Development for Low Cost High Efficiency Silicon Solar Cells:, Jalal Salami, FERRO Corportaion, Electronic Material Systems, USA16th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells & Modules: Materials and Processes, August 6-9, 2006, Denver, Colorado]에 개시되어 있다.
다음에, 즉 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)이 기판(101)상에 형성된 후, 기판(101)은 열 처리 장치(140)를 이용하여 가열된다. 일 실시예에서, 열 처리 장치(140)는 850℃ 이상의 온도로 유지되는 오븐 또는 킬른(kiln)이다. 이 가열 공정은 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)에 배치된 도펀트가 표면적들(102-1 내지 102-4) 각각을 통해서 기판(10)으로 확산되도록 하고 도핑 영역들(101-1 내지 101-4) 각각을 형성한다. 일 실시예에서, 압출형 구조들(120-1 내지 120-4)은 충분한 거리에 의해 분리되어, 각 도핑 영역이 얇게 도핑되거나 진성(도핑되지 않은) 실리 콘의 영역에 의해 인접한 도핑 영역들로부터 분리되도록 한다. 예를 들어, 도핑 영역들(101-1 및 101-2)은 진성 영역(101-31)에 의해 분리되며, 도핑 영역들(101-2 및 101-3)은 진성 영역(101-32)에 의해 분리되고, 도핑 영역들(101-3 및 101-4)은 진성 영역(101-33)에 의해 분리된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압출-기반 웨이퍼 처리 장치(100)(도 1) 및 다른 비접촉 처리 기술들을 이용하여 웨이퍼-기반 태양 전지들을 제조하기 위한 시스템(200)을 도시한다.
도 2의 상부에 도시된 바와 같이, 제조 공정은 웨이퍼 처리 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(기판)(101) 내에 하나 이상의 도핑 영역들(예를 들어, 신장된 도핑 영역(101-1))을 형성하고 나서, 기판(101)은 블랭킷 패시베이션(blanket passivation)(전기절연)층(215)을 포함하도록 부가 처리된다. 일 실시예에서, 웨이퍼 처리 장치(100)는 압출 장치(110A)(도 1 참조)를 이용하여 도 1과 관련하여 상술된 바와 유사한 도핑 영역 패턴을 형성한다. 또 다른 실시예에서, 웨이퍼 처리 장치(100)는 후술되는 다양한 특정 실시예들에서 서술된 각종 기술들 및 구조들을 이용한다. 웨이퍼 처리가 완료되면, 패시베이션 층(215)은 공지된 비접촉 처리 기술들을 이용하여 상면(102)상에 형성된다. 본원에 기술된 바와 같이, 기판(101) 및 패시베이션 층(215)을 포함하는 결합된 구조는 일반적으로 "웨이퍼" 또는 "디바이스(201)"이고 처리 사이클의 각 스테이지에서 디바이스의 현재 처리 스테이지를 나타내는 첨자와 관련된다(예를 들어, 패시베이션 층(215)의 형성 후 및 후술된 삭마 공정 전, 디바이스(201)는 (공정 사이클에서 상대적으로 이른 지점을 나타내는 첨자 "T1"을 붙여서) "디바이스(201T1)"로 언급된다.
그 후, 디바이스(201T1)는 사용가능한 태양 전지를 제조하기 위해 각종 비접촉 공정들을 겪게 된다. 첫째, 레이저 삭마 장치(230)는 기판(101)의 상면(102)의 해당 부분들을 노출시키는 패시베이션 층(215)을 통해서 접촉 홀들(217)을 형성하도록 사용됨으로써, 접촉홀들이 도핑된 확산 영역들 위에 직선의 평행한 로우들에 배열된다. 적절한 삭마 공정은 본원에 전반적으로 참조된 2006년 11월 21일에 출원된, 발명의 명칭이 "MULTIPLE STATION SCAN DISPLACEMENT INVARIANT LASER ABLATION APPARATUS"인 공동 소유되고 공동 출원중인 미국 특허 제 11/562,383호에 보다 자세히 설명된다. 접촉홀(217)이 패시베이션 층(215)을 통해서 형성된 후, 부분적으로 처리된 웨이퍼들(201T2)은, 접촉 구조들(218)을 접촉홀들(217)로 증착시키며 패시베이션 층(215) 상에 금속 상호연결 선들(219)을 형성하여 각각의 금속 상호접속 선(219)이 연계된 도핑 확산 영역 위에 배치된 접촉 구조들(218)을 연결하기 위해 사용되는 다이렉트-라이트 금속화 장치(direct-write metallization apparatus)(250)로 통과된다. 다이렉트-라이트 금속화 장치(250)에 관련된 부가적인 상세사항들 및 대안적인 실시예들은 상술된 공동 소유의 미국 특허 출원 제 11/336,714호에 서술되어 있다. 최종적으로, 금속화된 장치(201T3)는 연속 처리를 위하여 다이렉트-라이트 금속화 장치(250)로부터 선택적인 포스트-금속화 처리 장치(270)로 통과되어 태양 전지(201T4)를 형성한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치(100B)의 압출 부분을 도시한 간단화된 도면이다. 웨이퍼 처리 장치(100B)는 압출 공정 동안 기 판(110B) 위에 압출 헤드(130B)를 지지하는 압출 장치(110B)을 포함한다. 웨이퍼 처리 장치(100B)는 압출 헤드(130B)가 2개의 상이한 도펀트 잉크들(112 및 115)을 포함하는 2개의 도펀트 베어링 재료 소스들(111 및 114)과 연결되고 이들이 반도체 기판(101B) 상으로 서로 맞물린 배열의 압출형 구조들(라인들)(120)을 형성하도록 도펀트 잉크들(112 및 115)을 압출할 수 있다는 점에서 웨이퍼 처리 장치(100)(상술됨)와 다르다. 특히, 이하에 부가하여 상세하게 설명된 바와 같이, 압출 헤드(130B)는 도펀트 잉크(112)가 출구 오리피스들(135)(예를 들어, 출구 오리피스들(135-11 및 135-12))의 제 1 세트로 통과되도록 하고 도펀트 잉크(115)는 출구 오리피스들(135)(예를 들어, 오리피스(135-21 및 135-22))의 제 2의 다른 세트로 통과되도록 형성되는데, 여기서 제 1 및 제 2 세트들은 압출 헤드(130B)를 따라서 교대로 위치된다. 이 배열로 인해, 도펀트 잉크(112)는 압출형 구조들(120-11 및 120-12)로서 증착되고 도펀트 잉크(115)는(즉, 압출형 구조(120-21)가 압출형 구조들(120-11 및 120-12) 사이에 배치되도록) 서로 맞물린 배열에서 압출형 구조들(120-21 및 120-22)로서 증착된다.
실제 사용시, 압출 장치(110B)는 잉크젯 프린팅 장치와 유사하게 동작하여 압출 헤드(130B)에 대해서 기판(101B-T1)의 병진이동을 위하여 제공된다(즉, 정지 기판(101B) 위에서 방향(Y1)으로 압출 헤드(130B)를 이동시키거나 정지 압출 헤드(130B) 아래의 방향(Y2)으로 기판(101B)을 이동시킴). 도펀트 잉크들(112 및 115)은 가압하에서 압출 헤드(130B)로 공급된다. 인가된 유체 압력 및 상대 헤드-웨이퍼 모션 모두는 자동화된 시스템에 의해 제어되어 제어된 치수들의 라인 들(120)을 발생시킨다.
본 발명의 양상을 따르면, 서로 맞물린 도펀트 잉크 라인들(120)의 피치는 압출 헤드(130B)로 설계되는 인접한 출구 오리피스들(135) 간의 간격에 의해 제어된다. 예를 들어, 압출형 구조(120-11)에 의해 커버되는 제 1 표면 영역(102-31) 및 압출형 구조(120-21)에 의해 커버되는 제 2 표면 영역(102-21) 간에 배치되는 노출된 표면적(102-31)은 출구 오리피스들(135-11 및 135-21)의 인접 에지들 간의 간격에 의해 결정된 폭을 갖는다. 압출 헤드(130B)가 리소그래픽 에칭 및 웨이퍼 본딩과 같은 정밀한 가공 방법들로 제조될 수 있기 때문에, 마이크론 정도의 매우 높은 정밀도는 인접한 압출형 구조들(120) 간의 간격에 대해서 성취될 수 있다. 비유사한 도펀트 잉크들의 등록된 라인들을 기록하는 이 새로운 방법은 모든 최첨단 기술의 스크린 인쇄 방법들보다 우월하다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 특정 실시예에 따른 압출 헤드(130B-1)의 일부를 도시한 분해되고 조립된 사시도들이다. 압출 헤드(130B-1)는 중앙 시트(310), 상부 및 하부 피드라인 시트들(320 및 330), 및 상부 및 하부 캡핑 시트들(340 및 350)을 포함한다. 중앙 시트(310)는 마이크로가공되어 다수의 평행한 노즐 채널들(예를 들어, 노즐 채널들(315-11, 315-12, 315-21, 및 315-22)를 포함하는데, 각 노즐 채널은 측 에지(317)에서 형성된 폐쇄 단부 및 대향하는 개방 단부를 갖는다. 유사하게, 피드라인 시트들(320 및 330)은 마이크로가공되어 중앙 시트(310)의 대응하는 노즐들로 도펀트 잉크의 전달을 위해 배열되는 매니폴드들(플레넘들) 및 피드 채널들을 포함한다. 예를 들어, 피드라인 시트(320)는 노즐 채널들에 수직한 방향으로 연장되는 플레넘(plenum ; 322)을 포함하고, 플레넘(322)과 연결되고 노즐 채널들(315-11 및 315-22) 각각의 폐쇄된 단부들에 걸쳐서 신장되는 플레넘(322)과 연결되는 피드 채널들(325-11 및 325-12)을 포함한다. 유사하게, 피드라인 시트(330)는 플레넘(322) 및 노즐 채널들(315-21 및 315-22)의 폐쇄된 단부들 각각에 걸쳐서 신장되는 피드 채널들(335-21 및 335-22)를 포함한다.
본 발명의 양상을 따르면, 압출 헤드(130B-1)는 원치않는 불순물들, 특히 캐리어 재결합을 유도하는 불순물들을 발생시키지 않는 재료들을 이용하여 발생된다. 폴리테트라플루오르에틸렌(PTEE)과 같은 재료들 및 다른 화학적으로 불활성 폴리머 재료들 또는 유리 또는 실리콘은 압출 헤드를 구성하기 위한 바람직한 재료들이다. 유해한 불순물들의 발생 없이 도펀트 잉크(112 및 115)를 배출시키는 것이 중요하다. 전이 금속 및 다른 금속 불순물들은 특히 방지되어야 한다. 이들은 금, 구리, 철 등을 포함한다. 이는 바람직하지 않는 제 1철 금속계 유체 시스템들을 이용한다. 바람직한 실시예에서, 시트층들(310 내지 350)은 마이크로가공된 실리콘을 이용하여 제조된다. 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 그 후, 시트층들(310 내지 350)은 공지된 기술을 이용하여 적층되고 본딩되어 압출 헤드(130B-1)를 완성한다.
도 4(b)에 점선으로 도시된 바와 같이, 동작 동안 제 1 도펀트 잉크(112)가 플레넘(322)을 따라서 전달되고 피드 채널들(322-11 및 322-12)을 통해서 노즐 채널들(315-11 및 315-12)(도 4A)로 강제 주입되어, 도펀트 잉크 비드들(112-1 및 112-2)로서 출구 오리피스들(135-11 및 135-12)을 통해서 방출된다. 유사하게, 도 펀트 잉크(115)는 플레넘(332)을 따라서 전달되고 피드 채널들(332-21 및 332-22)을 통해서 노즐 채널들(315-21 및 315-22)(도 4(a))로 강제로 주입되어 도펀트 잉크 비드들(115-1 및 115-2)로서 출구 오리피스들(135-21 및 135-22)을 통해서 방출된다.
도 5(a) 내지 도 5(g)는 시스템(200)(도 2) 및 압출 헤드(130B-1)(도 4(a) 및 도 4(B))를 이용하여 IBC 태양전지 디바이스를 제작하는 각종 공정 단계들을 도시한다.
도 5(a)는 도펀트 잉크 비드들(112-1, 115-1, 112-2, 및 115-2(도 4(b) 참조))로 각각 형성되는 압출형 구조들(120-11, 120-21, 120-12, 및 120-22)을 도시한다. 압출형 구조들(120-11, 120-21, 120-12, 및 120-22) 각각은 기판(101-B1)의 표면적들(102-11, 102-21, 102-21, 102-12, 및 102-22)상에 배치되어, 압출형 구조들의 인접한 쌍들 각각은 대응하는 노출된 표면적들(102-31, 102-32, 및 102-33)에 의해 분리되도록 한다. 일 실시예에서, 압출형 구조들(120-11, 120-21, 120-12, 및 120-22)은 노출된 표면적들(102-31, 102-32, 및 102-33)에 비교하여 상대적으로 협소하다. 이 실시예에서, 도펀트 잉크(112)는 p-형 도펀트를 포함하고, 도펀트 잉크(115)는 n-형 도펀트를 포함한다.
도 5(b)는 열 처리 장치(140)를 이용한 연속 가열 공정 동안의 기판(101B-T2)를 도시함으로써, 압출형 구조들(120-11, 120-21, 120-12, 및 120-22) 각각으로부터 도펀트는 기판(101B-T2)로 확산되도록 한다. 특히, 도펀트 잉크(112)에 포함되는 p-형 도펀트는 표면적들(102-11 및 102-12)을 통해서 확산되어 p-형(제 1) 도 핑 영역들(101-11 및 101-12)을 형성한다. 유사하게, 도펀트 잉크(115)에 포함되는 n-형 도펀트는 표면적들(102-21 및 102-22)을 통해서 확산되어 n-형(제 2) 도핑 영역들(101-11 및 101-12)을 형성한다. 각 p-형 도핑 영역(예를 들어, 도핑 영역(101-11))은 적어도 하나의 n-형 도핑 영역(예를 들어, 도핑 영역(101-21))에 의해 모든 다른 p-형 도핑 영역들(예를 들어, 도핑 영역(101-12))로부터 분리된다. 게다가, 각 도핑 영역(예를 들어, 도핑 영역(101-11))은 기판(101B-T2)(예를 들어, 영역(101-31))의 도핑되지 않은(진성) 또는 얇게 도핑된 영역에 의해 인접하게 이웃하는 도핑 영역들(예를 들어, 도핑 영역(101-21))로부터 분리된다. 상술된 바와 같이, p-형 도핑 영역들 및 n-형 도핑 영역들의 이러한 교번 배열은 IBC 형 태양 전지들의 제조에 기여한다.
도 5(c)는 가열/확산 공정이 완료된 후 기판(101-T3)의 표면적들(102-11, 102-21, 102-12, 및 102-22)로부터 잔류 도펀트 잉크를 제거하는 선택적인 공정을 도시한 것이다. 이 잉크 제거 단계는 가열/확산 공정 동안 태워 없어지는 매질들을 갖는 도펀트 잉크들을 이용함으로써 회피될 수 있다. 각 도핑된 확산 영역들(101-11, 101-21, 101-12, 및 101-22)은 표면적들(102-11, 102-21, 102-12, 및 102-22)로 연장된다는 점을 유념해야 한다.
도 5(d)는 기판(101-T3)의 상면(102) 상에 패시베이션 층(215)의 연속 형성을 도시함으로써, 부분적으로 형성된 장치(201-T1)(도 2와 관련하여 상술됨)를 제공한다.
도 5(e)는 연속 레이저 삭마 공정을 도시하는데, 이 공정 동안 레이저 펄스 들(LP)은 도핑 영역들(101-11, 101-21, 101-12, 및 101-22) 위에 배치되는 표면(102) 부분들을 노출시키는 콘택트 개구들(217)이 형성되도록 패시베이션 층(215)의 부분들을 제거하기 위해 사용된다. 예를 들어, 콘택트 개구들(217-41 및 217-42)은 패시베이션 층(215)을 통해서 상술된 바와 같이 도핑 영역(101-22) 위에 배치되는 표면적(102-22)의 대응 부분들로 연장된다. 유사하게, 콘택트 개구들(217)은 패시베이션 층(215)을 통해서 도핑 영역들(101-11, 101-21 및 101-12) 위에 배치되는 표면적들로 연장되어 형성된다. 레이저 삭마 공정은 도 2와 관련하여 상술된 레이저 삭마 장치(230)를 이용하여 수행된다.
도 5(f)는 기판(101)의 노출된 부분들 상에 접촉 구조들(218)이 직접 형성되도록 다이렉트-라이트 금속화 장치(250)(도 2)로부터 패시베이션 층(215)에 형성되는 각 개구(217)로 접촉 재료(M1)의 순차적인 증착을 도시한다. 예를 들어, 접촉 구조들(218-41 및 218-42)은 콘택트 개구들(217-41 및 217-42) 각각으로 삽입되고 표면(102)의 접촉부들은 도핑 영역(101-22) 위에 배치된다. 유사하게, 접촉 구조들(218)은 도핑 영역들(101-11, 101-12 및 101-21) 위에 배치된 각 콘택트 개구(217)에 형성된다.
도 5(g)는 각 금속 라인 구조가 도핑 영역들(101-11, 101-12, 101-21 및 101-22)중 대응하는 영역 위에 배치되는 그룹 접촉 구조들에 접촉하도록 패시베이션 층(214)의 상면 상에 금속 라인 구조들(219-1 내지 219-4)을 형성하는 방식으로 금속 재료(M2)을 증착시키는 연속 공정을 도시한다. 예를 들어, 금속 라인 구조(219-4)는 접촉 구조들(218-41 및 218-42)의 상단에 접촉함으로써, 전기 접속은 접촉 구조들(218-41 및 218-42)에 의해 도핑 영역(101-22) 및 금속 라인 구조(219-4) 간에 제공된다. 유사하게, 각 금속 라인 구조들(219-1, 219-2, 및 219-3)은 대응하는 접촉 구조들에 의해 도핑 영역들(101-11, 101-21, 및 101-12)에 전기적으로 연결된다. 금속 라인 형성 공정은 또한 도 2와 관련하여 상술된 다이렉트-라이트 금속화 장치(250)을 이용하여 수행된다.
관통(feed-thru) 홀들 및 선택적인 부가적인 플레넘을 포함하는 부가적인 층들로 인해, 압출 헤드의 한측으로부터 서로 맞물린 배출을 위한 수단을 제공할 수 있고 또한 선택적으로 임의의 또는 반복 패턴으로 3개 이상의 재료들을 배출시키는 수단을 제공하는 것이 가능하다. 압출 헤드의 한 측상에 입구들을 제공하면, 압출된 재료 스트림이 기판에 거의 평행한 압출 헤드를 방출하는 소위 "사이드 슈팅(side shooting)" 모드를 포함하여, 기판에 대한 보다 넓은 범위의 각도에 걸쳐 압출 헤드를 동작시킬 수 있다.
도 6은 압출 헤드(130B-2)의 한 측으로부터 서로 맞물린 압출형 구조들의 형성을 용이하게 하도록 관통 홀들을 포함한 6개의 층들을 이용하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압출 헤드(130B-2)의 부분을 도시한 분해 사시도이다. 압출 헤드(130B-2)는 하부 시트(410), 제 1 피드라인 시트(420), 제 1 관통 시트(430), 제 2 피드라인 시트(440), 상부 관통 시트(450) 및 하부 캡핑 시트(460)를 포함한다. 하부 시트(410)는 도 4(a)와 관련하여 상술된 방식으로 형성된 다수의 평행 노즐 채널들(415-11, 415-12, 415-21, 및 415-22)을 포함한다. 제 1 피드라인 시트(420)는 제 1 시트(410)의 대응 노즐들(415-11 및 415-12)과 정렬되는 제 1 플레 넘(422) 및 피드 채널들(415-11 및 415-12)과 정렬된다. 제 1 관통 시트(430)는 제 1 피드라인 시트(420)의 피드 홀들(435-21 및 435-22)과 각각 정렬되는 제 1 및 제 2 피드 홀들(435-21 및 435-22), 및 플레넘(422)과 정렬되는 제 3 피드홀(437)을 포함한다. 제 2 피드라인 시트(440)는 제 1 관통 시트(430)의 제 1 및 제 2 피드홀(435-21 및 435-22)과 각각 정렬되는 피드 채널들(445-21 및 445-22)과 제 2 플레넘(442)을 포함한다. 상부 관통 시트(450)는 시트(440)의 피드 홀(447)과 정렬되는 제 1 피드 홀(457) 및 시트(440)의 플레넘(442)과 정렬되는 제 2 피드홀(459)을 포함한다.
도 6에 점선으로 도시된 바와 같이, 동작 동안 제 1 도펀트 잉크(112)는 피드홀들(457, 447 및 437)을 통해서 플레넘(422)으로 전달되고 피드 채널들(425-11 및 425-12)을 통해서 노즐 채널들(415-11 및 415-12)로 플레넘(422)에서 방출시키고 나서 도펀트 잉크 비드들(112-1 및 112-2)로서 노즐 채널들(415-11 및 415-12)로 부터 방출된다. 유사하게, 제 2 도펀트 잉크(114)는 피드홀(459)을 통해서 플레넘(442)으로 전달된다. 도펀트 잉크(114)의 제 1 부분은 피드 채널(445-21) 및 피드 홀들(435-21 및 425-21)을 통해서 노즐 채널(415-21)로 플레넘(442)에서 방출하고 나서 도펀트 잉크 비드(114-1)로서 노즐 채널(415-21)로부터 방출된다. 도펀트 잉크(114)의 제 2 부분은 피드 채널(445-22) 및 피드 홀들(435-22 및 425-22)을 통해서 노즐 채널(415-22)로 플레넘(442)에서 방출하고 나서 도펀트 잉크 비드(114-2)로서 노즐 채널(415-22)로부터 방출된다. 도펀트 잉크 비드들(112-1, 112-2, 114-1 및 114-2)은 도 5(a)에 도시된 바와 유사한 압출 구조들을 형성한다.
본 발명의 또 다른 변형에서, 적어도 한 타입의 도펀트 잉크는 비도핑(non-doping) 잉크와 함께 방출된다. 이 비도핑 잉크는 도펀트 잉크 구조들 간의 스페이서로서 및/또는 배리어로서 작용하여 환경으로부터의 도핑을 방지한다. 디바이스 성능 이유(reason)들은 진성 또는 얇게 도핑된 반도체에 의해 분리되는 두껍게 도핑된 n-형 및 p-형 도핑된 재료의 스트라이프들을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이는 3가지 유형들의 잉크를 동시에 전달하는 폴리-압출 헤드를 제공함으로써 성취될 수 있는데, 각 유형은 상이한 도펀트 조성물을 갖거나, 전혀 도펀트를 갖지 않는다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴리-압출 헤드(130C-1)를 도시한 간단화된 사시도이다. 폴리-압출 헤드(130C-1)의 노즐 채널층은 예시 목적을 위하여 점선들로 도시되지만, 상술된 방식으로 형성되는 피드 채널, 피드 홀들 및 플레넘들은 간결성을 위하여 도면으로부터 생략된다. 상술된 실시예들과 유사하게, 도펀트 잉크(112)는 노즐들(515-11 및 515-22)로부터 방출되고 도펀트 잉크(115)는 노즐들(515-21 및 515-22)로부터 방출된다. 그러나, 이 실시예에서 비도핑 잉크(117)는 노즈들(515-11, 515-12, 515-21, 및 515-22)의 인접쌍들 간에 각각 배치되는 노즐들(515-31 내지 515-35)로부터 방출된다. 예를 들어, 노즐(515-32)은 노즐들(515-11 및 515-21)간에 배치된다. 태양 전지 도핑을 위한 실제 장치에서, 도펀트 소스들의 피치는 100 마이크론들로부터 수 밀리미터들까지 가변될 수 있다. 전형적인 웨이퍼 크기들에 대해서, 이는 본원에 설명된 예시적인 실시예들에 의해 도시된 것 보다 더 많은 100 내지 1000 정도의 다량의 노즈들을 의미한다. 매니 폴드 구성에 의해, 도 8에 도시된 바와 같이, 압출형 구조들(120-31 내지 120-35) 각각은 비드들(117-1 내지 117-5)에 의해 형성됨으로써, 비도핑 재료는 각 도펀트 베어링 압출 구조들(120-11, 120-21, 120-12, 및 120-22)의 각 측상에 배치된다.
폴리-압출 헤드(130C-1)의 또 다른 양상을 따르면, 각종 노즐들은 도 8에 도시된 인터리브된(interleaved) 재료들의 연속 시트로의 잉크 흐름을 병합한다. 즉, 비도핑 재료로부터 형성된 압출 구조는 도핑된 압출 구조들의 각 인접 쌍의 측 에지들 간에서 연장된다(예를 들어, 비도핑 구조(120-32)는 (제 1) 압출형 구조(120-11) 및 (제 2) 압출형 구조(120-21)의 대응하는 측 에지들 간에서 연장된다). 이러한 수렴(convergence)을 성취하기 위하여, 노즐들은 도 7에 도시된 테이퍼링된 핑거들(512)를 이용하여 형성된다. 노즐 출구 오리피스들의 테이퍼는 재료가 최소 혼합으로 층류와 압출되도록 설계된다. 이 실시예에서, 잉크 흐름들의 상대적인 폭은 실질적으로 동일하다. 다른 실시예들에서, 비도핑 재료의 상대적으로 넓은 라인들 간에 삽입된 매우 좁은 도핑된 압출 구조들을 제조하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴리-압출 헤드(130C-2)를 도시한 간단화된 단면의 상부도이다. 폴리-압출 헤드(130C-2)의 노즐 채널 층은 설명을 위하여 단면도로 도시된다(다른 특징부들은 간결성을 위하여 생략된다). 폴리-압출 헤드(130C-2)는 도핑되지 않거나 얇게 도핑된 재료의 더 넓은 비드들(117-1 내지 117-5)간에 인터리브된 압축되며 상대적으로 도펀트 베어링 비드들(112-1, 112-2, 115-1 및 115-2)의 유용한 삽입을 생성하는 테이퍼링된 노즐 벽들을 갖는 노즐 들(615-11, 615-12, 615-21 및 615-22)를 수렴하는 것을 특징으로 한다. 컨버징하는 노즐들(615-11, 615-12, 615-21, 및 615-22)의 단부은 거리(C)만큼 헤드 엔드 패싯(facet)(619)으로부터 뒤로 설정된다. 개별적인 노즐들의 단부 및 헤드 엔드 패싯(facet ; 619) 간의 압출 헤드(130C-2) 내의 내부 공간은 압출 헤드(130C-1)를 떠나서 기판상에 연속 증착하기 전, 도펀트 베어링 재료의 부가적인 압축 및 협소화를 위하여 제공된다. 라인 폭의 풀 제어(full control)는 압출 헤드 디자인 뿐만아니라 재료들의 상대적인 흐름 레이트들의 기능이다.
압출 헤드(130C-2)가 특히 유용한 응용예는 태양 전지의 표면상으로 두껍게 도핑된 반도체 핑거들의 라인들을 기록하는 것이다. 이들 반도체 핑거들은 셀의 표면으로부터 셀의 가이드라인들로의 캐리어들을 위한 저 저항 경로를 제공하도록 작용한다. 이들 핑거들을 포함하면 큰 저항 손실 페널티 없이 얇게 도핑된 에미터(emitter) 층을 실행시키며, 셀의 블루 포토-응답(blue photo-response)을 개선시키며, 접촉 저항을 감소시키며, 격자라인들이 더욱 멀리 이격되도록 하는 여러 방식들로 셀 성능을 개선시킴으로써, 얇은 새도우잉을 감소시킨다.
현재 실용시에, 태양 전지의 에미터와 반도체 핑거들의 결합은 부가적인 공정 단계들을 요구함으로, 비용을 추가시킨다. 전형적으로, 셀들은 인 확산 리액터에서 우선 처리되어 종래 셀들처럼 얇게 도핑된 에미터를 제조하고 나서 3가지 단계:(1)실리콘 내의 트렌치들의 레이저 기록, (2) 손상 에치(damage etch), 및 (3) 부가적인 인 확산 단계가 부가된다. 바람직한 방법의 실시예에서, 상대적으로 좁은 라인들은 두껍게 도핑한 잉크이고, 상대적으로 넓은 라인들은 얇게 도핑한 잉크 이다. 반도체 핑거들은 반도체 웨이퍼의 한 측면 또는 양 측면들에 가해질 수 있다. 양측면들이 패턴닝되면, 도펀트에서 드라이브하기 위한 열 처리는 단일 단계에서 수행될 수 있다.
도 10은 도 9와 관련하여 상술된 방식으로 엔드 패싯(719)앞에서 분기하고 종료되는 여러 노즐 채널들(715-1 내지 715-5)을 공급하여, 도펀트 또는 금속 페이스트의 균일한 압출 시트를 제조하는 유동 병합 섹션을 발생시키는 단일 플레넘(722) 포함하는 다른 압출 헤드(130D-1)를 도시한다. 잉크는 플레넘(722)으로 주입되어 확산되는데, 이 지점에서 분리된 노즐 채널들(715-1 내지 715-5)에 직면한다. 노즐 채널들(715-1 내지 715-5)은 플로우 임피던스(flow impedance)를 부가하는데, 이는 잉크가 단일 포인트로부터 플레넘으로 공급되는 경우조차도, 각 채널을 통한 플로우들은 실질적으로 동일하도록 한다. 이 헤드는 예를 들어 비접촉 방식으로 도펀트 또는 금속을 갖는 태양 전지의 넓은 면적상에 기록하도록 사용됨으로써, 종래의 스크린 인쇄 기술들을 이용하는 경우 웨이퍼 파손을 방지한다. 이는 또한 상술된 버스 바 금속화(bus bar metallization)와 같은 중간폭의 라인들을 기록하도록 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 도 10에 도시된 구조와 유사한 2가지 구조들은 그들 간에 분리층을 갖는 적층된 배열로 설치되고 2개 이상의 재료층들(예를 들어, 도펀트 잉크 및 금속 페이스트 라인)은 수직 적층된 배열로 2개의 구조들로부터 동시에 각각 압출된다.
도 11은 고체 소스 도핑(즉, 도펀트 잉크를 이용한 도핑) 및 가스 페이스 도핑의 조합을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 도핑 방법을 도시한다. 도 11에 도시된 예에서, 도펀트 잉크 구조들(120-1 내지 120-4)은 상술된 방식으로 기판(101D)상에 형성되고 비도핑 구조들은 관련된 도핑 구조(120-1 내지 120-4)(예를 들어, 비도핑 구조들(120-31 및 120-32는 도핑 구조(120-1)의 대향 측들상에 형성된다)의 양 측상에 형성된다. 게다가, 선택된 표면적들(102-31 내지 102-35)은 압출형 구조들 간에 의도적으로 노출된다. 예를 들어, 비도핑 구조들(120-32 및 120-33) 간의 갭은 노출된 상부 표면적(102-22)을 제공한다. 이 실시예에서, 기판(101D)의 온도 풀림(anneal)은 인(n-형 도핑) 환경(145)에서 수행되고 p-형 도펀트 잉크 구조들(120-1 내지 120-4)(예를 들어, 붕소 베어링 플레이트)가 사용된다. 도핑 환경(145)과 결합하는 열 처리에 의해 기판(101D)의 영역들(101-21 내지 101-25)에서 환경 소스(ambient source) 도핑과 영역들(101-11 내지 101-14)에서 고체 소스 도핑 둘 다에서 발생될 것이다. 이는 도펀트 잉크 구조들(120-1 내지 120-4)은 비도핑 재료(예를 들어, 비도핑 구조들(120-31 내지 120-33)과 함께 공동압출될 수 있다. 특정 실시예에서, 압출 공정후, 기판(101D)은 노출된 영역들(예를 들어, 노출된 표면적(102-22)), 도펀트 블록킹 영역들(예를 들어, 비도핑 구조들(120-31 내지 120-33)아래의 표면적들), 및 도펀트 잉크 커버된 영역들(예를 들어, 압출형 구조들(120-11 내지 120-14) 아래의 표면적들)을 가질 것이다. 도펀트 환경에서 열 처리 후, 처리된 웨이퍼는 3개의 도핑 레벨들을 갖는 3개의 분리된 영역들을 가질 것이다.
고체 도펀트 소스 접근의 공지된 문제는 도펀트들이 확산되는 동안 이들은 소스 밖으로 그리고 웨이퍼의 다른 부분들상으로 확산되어, 웨이퍼의 둘러싸인 부 분들에서 바람직하지 않은 도핑 효과를 생성한다. 도 12에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예를 따르면, 캡핑 층(120E)은 각 도펀트 잉크 압출형 구조(120-1) 위에 형성되어 이것이 웨이퍼의 다른 부분들을 오염시키는 것을 방지한다. 캡핑 구조(120E)는 압출형 구조(120-1)을 완전히 커버하는데, 그 이유는 이것이 구조(120-1)의 양 측면들 및 상면 둘 다를 커버하기 때문이다. 도펀트 구조(120-1) 및 캡핑 구조(120E)는 공동압출 공정으로 인해 반드시 상호 정렬되도록 하는데, 이는 본원에 전반적으로 참조된 발명의 명칭이 "Extrusion /Dispensing Systems and Methods"인 2005년 11월 17일에 출원되어 공동 소유된 미국 특허 제 11/282,882호에 서술되어 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 압출 헤드는 제 11/282,882호 (인용)에 서술된 수직 및 수평 공동압출의 조합을 이용하여 웨이퍼에 인접하지 않는 고체 소스의 측면들이 캡핑 구조에 의해 캡핑되는 재료의 복합 비드를 제조한다.
고체 도펀트 소스의 라인의 단부들이 캡핑 구조에 의해 캡핑되는 것이 더욱 바람직한 특징이다. 본 발명의 양상은 도핑 소스 및 캡핑 구조를 형성하는 재료의 흐름들이 가변된다는 것이다. 이 흐름의 변화는 예를 들어 라인의 단부들이 캡핑되는 공동압출된 라인의 생산을 가능하게 한다.
본 발명이 어떤 특정 실시예들과 관련하여 서술되었지만, 본 발명의 특징들이 또한 다른 실시예들에 적용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이며, 이러한 모든 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 서술된 압출형 구조들은 단지 2개의 상이한 도펀트 잉크들 대신에 단지 하나의 도펀트 잉크(예를 들어, n-형)를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 또한 도펀트 페이스트가 소성 될 때 패시베이션 층 또는 반사방지 코팅을 생성할 수 있다. 또 다른 예에서, 단일 다이렉트 라이트 인쇄 단계는 유전체의 콘택트 개구들을 충전하고 장치상에 도전 라인들을 형성한다. 또 다른 예에서, 방법을 통한 유리 프리트 파이어(glass frit fire)는 유전체의 콘택트 개구들을 개방시키기 위해 분리 공정 단계를 제거하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 도시하는 간단화된 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 도 1의 웨이퍼 처리 장치을 사용하여 웨이퍼 기반 태양 전지를 생산하기 위한 시스템을 도시하는 블록 선도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 다중 도펀트 잉크 압출 장치를 도시한 간단화된 사시도.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 특정 실시예에 따른 다중 도펀트 잉크 압출 헤드의 일부를 각각 도시한 분해 사시도 및 조립 사시도.
도 5(a) 내지 도 5(g)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 2의 시스템 및 도 4(b)의 압출 헤드를 사용하여 IBC 태양 전지 장치의 조립 동안 다양한 처리 단계들을 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 도펀트 잉크 압출 헤드의 일부를 도시한 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴리-압출 헤드를 도시한 간단화된 사시도.
도 8은 도 7의 폴리-압출 헤드에 의해 형성된 예시적인 압출 구조를 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 폴리-압출 헤드를 도시한 간단화된 상부 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 도펀트 잉크의 넓은 시트를 생성하기 위한 압출 헤드의 일부를 도시한 간단화된 상부 단면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 도핑 방법을 도시한 간단화된 사시도.
도 12에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡핑된 도펀트 잉크 구조체를 도시한 간단화된 측부 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
101 ; 반도체 기판 112 ; 도펀트 잉크
130 ; 압출 헤드 140 ; 열 처리 장치
215 ; 패시베이션 층 217 ; 콘택트 개구

Claims (2)

  1. 제 1 도펀트 타입의 제 1 도펀트를 포함하는 제 1 도펀트 베어링 재료가 반도체 기판의 제 1 표면적 상의 제 1 압출형 구조를 형성하도록 반도체 기판의 표면 상에 제 1 도펀트 베어링 재료를 압출하는 단계; 및
    상기 제 1 도펀트가 상기 제 1 표면적을 통해서 반도체 기판으로 확산되어 반도체 기판의 제 1 도핑 영역을 형성하도록 반도체 기판을 가열하는 단계를 포함하는 반도체 기판상에 디바이스를 제조하는 방법.
  2. 제 1 도펀트 베어링 재료가 반도체 기판의 제 1 표면적 상에 제 1 압출형 구조를 형성하도록 그리고 제 2 도펀트 베어링 재료가 반도체 기판의 제 2 표면적 상에 제 2 압출형 구조를 형성하도록, 제 1 도펀트 베어링 재료 및 제 2 도펀트 재료를 반도체 기판의 표면상에 압출하는 수단과,
    제 1 도펀트가 상기 제 1 표면적을 통해서 반도체 기판으로 확산되어 제 1 도핑 영역을 형성하고, 제 2 도펀트가 상기 제 2 표면적을 통해서 반도체 기판으로 확산되어 제 2 도핑 영역을 형성하도록 반도체 기판을 가열하는 수단을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 표면적들은 제 3 표면적에 의해 분리되고,
    상기 제 1 도펀트 베어링 재료는 제 1 도펀트 유형의 제 1 도펀트를 포함하며, 상기 제 2 도펀트 베어링 재료는 제 2 도펀트 유형의 제 2 도펀트를 포함하는, 기판상에 웨이퍼-기반 반도체 디바이스를 제조하기 위한 시스템.
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